接口技术论文范文15篇

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接口技术论文

第1篇

1.1 课程设计目的 1

1.2 课程设计的预备知识 1

1.3 课程设计任务 1

1.4 课程设计要求 1

第2章总体方案设计 1

2.1 数字温度计设计方案论证 1

2.2 设计方案的总体框图 2

第3章各部分电路的实现 2

3.1 传感器电路 2

3.2 A/D转换器MAX197 4

3.3 8279驱动显示器 6

第4章各个部分流程图及设计 9

4.1 A/D转换器MAX197的流程图 9

4.2 8279 的程序及框图 11

4.3 数字式温度计的整体程序 12

第5章 15

第2篇

关键词：单片机接口电路微机硬件

MSP430超低功耗微处理器是TI公司推出的一种新型单片机。它具有16位精简指令结构，内含12位快速ADC/SlopeADC,内含60K字节FLASHROM，2K字节RAM，片内资源丰富，有ADC、PWM、若干TIME、串行口、WATCHDOG、比较器、模拟信号，有多种省电模式，功耗特别小，一颗电池可工作10年。开发简单，仿真器价格低廉，不需昂贵的编程器。

MSP430其特点有：1.8V～3.6V低电压供电；高效16位RISCCPU可以确保任务的快速执行，缩短了工作时间，大多数指令可以在一个时钟周期里完成；6微秒的快速启动时间可以延长待机时间并使启动更加迅速，降低了电池的功耗。MSP430产品系列可以提供多种存储器选择，简化了各类应用中MSP430的设计；ESD保护，抗干扰力特强。与其它微控制器相比，带Flash的微控制器可以将功耗降低为原来1/5，既缩小了线路板空间又降低了系统成本。

MSP430具有如此多的优点，可以预测在今后会有广泛的应用。但是目前仍有许多5V电池的逻辑器件和数字器件在使用，因此在许多设计中3V（含3.3V）逻辑系统和5V逻辑系统共存，而且不同的电源电压在同一电路板中混用。随着更低电压标准的引进，不同电源电压逻辑器件间的接口问题会在很长一段时间内存在。本文讨论MSP430与单片机中最常用的LSTTL电路、CMOS电路及计算机HCMOS电路的3V和5V系统中逻辑器件间的接口方法。理解这些方法可避免不同电压的逻辑器件接口时出现问题，保证所设计的电路数据传输的可靠性。

1逻辑电平不同，接口时出现的问题

在混合电压系统中，不同电源电压的逻辑器件相互接口时会存在三个主要问题：第一是加到输入和输出引脚上的最大允许电压的限制问题；第二是两个电源间电流的互串问题；第三是必须满足的输入转换门限电平问题。器件对加到输入脚或输出脚的电压通常是有限制的。这些引脚有二极管或分离元件接到Vcc。如果接入的电压过高，电流将会通过二极管或分离元件流向电源。例如3V器件的输入端接上5V信号，则5V电源将会向3V电源充电，持续的电流将会损坏二极管和电路元件。在等待或掉电方式时，3V电源降落到0V，大电流将流到地，这使总线上的高电平电压被下拉到地。这些情况将引起数据丢失和元件损坏。必须注意的：不管是在3V的工作状态或是0V的等状态都不允许电流直接流向Vcc。另外用5V的器件来驱动3V的器件有很多不同情况，各种电路间的转换电平也存在不同情况。驱动器必须满足接收器的输入转换电平，并要有足够的容限保证不损坏电路元件。

2可用5V容限输入的3V逻辑器件

3V的逻辑器件可以有5V输入容限的器件有LVC、LVT、ALVT、LCX、LVX、LPT和FCT3等系列。此外，还有不带总线保持输入的飞利浦ALVC也是5V容限。

2.1ESD保护电路

3V器件可以有5V的输入容限。一般数字电路的输入端都有一个静电放电（ESD）保护电路。如图1（a）所示，传统的CMOS电路通过接地的二极管D1、D2对负向高电压限幅实现保护，正向高是则由二极管D3箝位。这种电路为了防止电流流向Vcc电源，最大输入电压被限制在Vcc+0.5V。对Vcc为3V的器件来说，当输入端直接与大多数5V器件输出端接口时允许的输入电压太低大多数3V系统加到输入端的电压可达3.6V以上。有些3V系统可以使用两个MOS场效应管或晶体管T1、T2代替二极管D1、D2，如图1（b）所示。T1、T2的作用相当于快速剂纳二极管对高电压限幅。由于去掉了接到Vcc的二极管D3，因此最大输入电压不受Vcc的限制。典型情况下，这种电路的击穿电压在7～10V之间，因此可以适合任何5V系统的输入电压。

由上述分析可知，改进后具有ESD保护电路的3V系统的输入端可以与5V系统的输出端接口。

2.2总线保护电路

总线保护电路就是有一个MOS场效应管用作上拉或下拉器件，在输入端浮空（高阻）的情况下保护输入端处于最后有效的逻辑电平。图2（a）中的电路为一LVC器件总线保护电路，采取改进措施而使其输入端具有5V的容限。其基本原理如下：P沟道MOS场效应管具有一个内在的寄生二极管，它连接在漏极和衬底之间，通常源极与衬底是连在一起的，这就限制了输入电压不能高于Vcc+0.5V。现在的措施是用常闭接点S1将源极与衬底相连，当输入端电压比Vcc高0.5V时，比较器使S2闭合，S1断开，输入端电流不会通过二极管流向Vcc而使输入具有5V的容限。图2（b）是LVT和LAVT器件总线保持电路的例子。这种电路用了一个串联的肖特基二极管D，消除了从输入到Vcc的电流通路，从而可以承受5V输入电压。对于3V的总体保持LVC、LVT和ALVT系列器件可以承受5V的输入电压。但对于3V的ALVC、VCX等系列器件则不能，它们的输入电压被限制在Vcc+0.5V。

图3是用于3VCMOS器件输出电路的简化形式。当输出端电压高于Vcc+0.5V（二极管压降）时，P沟道MOS场效应管的内部二极管会形成一条从输出端到Vcc的电流通路。这种电路在与5V器件相接时需要加保护电路。

图4是一种带保护电路的CMOS器件输出电路。当输出端电压高于Vcc时，比较器使S1开路，S2闭合，电流通路消失。这样在三态方式时就能与5V器件相接。

2.3biCMOS输出电路

LVT和ALVT器件的biCMOS输出电路如图5所示。它用双极NPN晶体管和CMOS场效应管来获得输出电压摆幅达到电源电压的要求。电流不会通过NPN双极晶体管回流到Vcc，但在P沟道MOS场效应管中的内在二极管仍然会形成一条从输出端到Vcc的电流通路（为了简化，图5中没有画出该二极管）。因此这种电路不能接高于Vcc的电压。

对图5电路所加的保护电路如图6所示。增加了反向偏置的肖特基二极管，用以防止电流从输出端流到Vcc。图6中的输出端与5V驱动器共用一条总线。在三态方式时，电路可以得到保护。当出现总线争夺即两个驱动器都以高电平驱动总线时，比较器将P沟道MOS场效应管断开。当3V器件处于等待方式而3V电源为0时，比较器和肖特基二极管可以起保护作用。

3接口电路的有关参数

了解了3V器件为什么具有5V容限后，在MSP430与LSTTL、HCMOS、CMOS电路实现相互联接之间，要先了解各种电路和器件的参数，如表1所示。

表1各种电路和器件参数

参数

电路电源电压范围输入电平输出电平

V（V）VIH（V）VIL（V）VOH（V）VOL（V）

LSTTL4.5～5.520.82.70.4

CMOS3～18（取Vcc=5）3.51.54.50.5

HCMOS2～63.515.20.4

MSP4301.83.60.8Vcc0.2VccVcc-0.60.6

ALVT系列3.3或2.51.70.82.00.2～0.55

LVC系列1.65～5.50.7Vcc0.3Vcc2.7～5.50.1～0.55

4接口实现

不同电源电压的逻辑器件相互接口时存在的主要问题是逻辑信号电平的配合问题，就是前级电路输出的电平要满足后级电路对输入电平的要求。此外还有负载电流的配合问题，即前级电路的输出电流应大于后级电路对输入电流的要求，同时不应造成器件损坏。还有就是在高速或有严重干扰的场合，必须考虑接口对系统和抗干扰性能带来的不良影响。这里主要讨论逻辑信号电平的配合问题。因为对于负载电流配合问题只是一个带负载能力。而抗干扰问题则用本文中提到的方法都可以忽略。

4.1LSTTL-MSP430

如表1所示，LSTTL电路的高电平输出电压VOH约为2.7V，MSP430的高电平输入约为0.8VCC，LSTTL电路的低电平输出电压VOL约为0.4V，MSP430的低电平输入电压VIL的0.2VCC。如果0.8Vcc小于2.7V且0.2Vcc大于0.4V时，不存在逻辑信号电平的配合问题，可以直接连接。如果0.8Vcc大于2.7V或0.2Vcc小于0.4V时，就出现了逻辑信号电平的配合问题。为了增大LSTTL电路的输出高电平，利用TI公司的LVC系列。从表1中可以看到LVC系列产品的高电平输出电压和低电平输出电压都符合要求。

4.2CMOS-MSP430

在接口时使CMOS和MSP430使用同一电源，例如3V电源可以直接驱动。如果实际情况不允许，则根据1表，通过ALVT系列的器件就可以实现CMOS驱动MSP430。

4.3HCMOS-MSP430

同上述CMOS分析一样，同样选用ALVT来驱动MSP430。

4.4MSP430驱动LSTTL、CMOS和HCMOS

MSP430的输出引脚（P0.x、P1.x、P2.x、P3.x、P4.x、Oy）都有规定的外接电阻。外接电阻的大小取决于电源电压Vcc的大小。如果输出电流比规定的要大，就需要输出驱动器。图7所示为限制MSP430输出电流的电阻最小值。设计以Vcc=3V，通过这些器件可以驱动需要大电流的LSTTL、HCMOS和CMOS电路接口。

5两种电平移位器件

5.1双电源电平移位器74LVC4245

74LC4245是一种双电源的电平移位器，如图8所示。5V端用5V电源作为Vcc(A)，而3V端则用3V作为Vcc(B)。它的功能类似于常用的收发器74LVC245，所不同的是用两个电源而不是一个电源。74LVS4245的电平移位在其内部进行。双电源能保证两边端口的输出摆幅都能达到满电源幅值，并且有很好的噪声抑制性能。因此该器件用来驱动5VCMOS器件是很理想的。缺点是增加了功耗。

5.274LVC07

第3篇

关键词：EPP增强并口uPSD323XPSDsoftEXPRESS

引言

在IBM公司推出PC机时，并行端口已经是PC机的一部分。并口设计之初，是为能代替速度较慢的串行端口驱动当时的高性能点阵式打印机。并口可以同时传输8位数据，而串口只能一位一位地传输，传输速度慢。随着技术的进步和对传输速度要求的提高，最初的标准并行端口即SPP模式的并行端口的速度已不能满足要求。1994年3月，IEEE1284委员会颁布了IEEE1284标准.IEEE1284标准提供的在主机和外设之间的并口传输速度，相对于最初的并行端口快了50～100倍。IEEE1284标准定义了5种数据传输模式，分别是兼容模式、半字节模式、字节模式、EPP模式和ECP模式。其中EPP模式、ECP模式为双向传输模式。EPP模式比ECP模式更简洁、灵活、可靠，在工业界得到了更多的实际应用。本文介绍的一种基于uPSD323X的EPP增强并口的设计核心是，使用uPSD323X内部的CPLD实现EPP接口。

1EPP接口协议介绍

EPP(EnhancedParallelPort,增强并行端口)协议最初是由Intel、Xirocm、Zenith三家公司联合提出的，于1994年在IEEE1284标准中。EPP协议有两个标准：EPP1.7和EPP1.9。EPP接口控制信号由硬件自动产品，整个数据传输可以在一个ISAI/O周期完成，通信速率能达到500KB/s～2MB/s。

EPP引脚定义如表1所列。

表1EPP接口引脚定义

对应并口引脚EPP信号方向说明

1nWrit输出指示主机是向外设写（低电平）还是从外设读（高电平）

2～9Data0～7输入/输出双向数据总线

10Interrupt输入下降沿向主机申请中断

11nWait输入低电平表示外设准备好传输数据，高电平表示数据传输完成

12Spare输入空余线

13Spare输入空余线

14nDStrb输出数据选通信号，低电平有效

15Spare输入空余线

16Ninit输出初始化信号，低电平有效

17nAStrb输出地址数据选通信号，低电平有效

18～25GroundGND地线

1.1EPP接口时序

EPP协议定义了4种并口周期：数据写周期、数据读周期、地址写周期和地址读周期。数据周期用于计算机与外设间传送数据；地址周期用于传送地址、通道、命令、控制和状态等辅助信息。图1是EPP数据写的时序图。图1中，nIOW信号实际上在进行EPP数据写时并不会产生，只不过是表示所有的操作都发生在一个I/O周期内。在t1时刻，计算机检测nWait信号，如果nWait为低，表明外设已经准备好，可以启动一个EPP周期了。在t2时刻，计算机把nWrite信号置为低，表明是写周期，同时驱动数据线。在t3时刻，计算机把nDataStrobe信号置为低电平，表明是数据周期。当外设在检测到nDataStrobe为低后读取数据并做相应的数据处理，且在t4时刻把nWait置为高，表明已经读取数据，计算机可以结束该EPP周期。在t5和t6时刻，计算机把nDataStrobe和nWrite置为高。这样，一个完整的EPP数据写周期就完成了。如果就图1中的nDataStrobe信号换为nAddStrobe信号，就是EPP地址写周期。

图2是EPP地址读周期。与EPP写周期类似，不同的是nWtrite信号置为高，表明是读周期，并且数据线由外设驱动。

从EPP读、写周期可以看出，EPP模式的数据传输过程是一个信号互锁的过程。以EPP写周期为例子，当检测到nWait为低后，nDataStrobe控制信号就会变低，nWait状态信号会由于nDataStrobe控制信号的变低为而高。当计算机检测到

nWait状态信号变高后，nDataStrobe控制信号就会变高，一个完整的EPP写周期结束。因此，EPP数据的传输以接口最慢的设备来进行，可以是主机，也可以是外设。

1.2EPP增强并口的定义

EPP增强并口模式使用与标准并口（SPP，StandardParalledPort）模式相同的基地址，定义了8个I/O地址。基地址+0是SPP数据口，基地址+1是SPP状态口，基地址+2是SPP控制口。这3个口实际上就是SPP模式下的数据、状态和控制口，保证了EPP模式和SPP模式的软硬件兼容性。

基地址+3是EPP地址口。这个I/O口中写数据将产生一个连锁的EPP地址写周期，从这个I/O口中读数据将产生一个连锁的EPP地址读周期。在不同的EPP应用系统中，EPP地址口可以根据实际需要设计为设备选择、通道选择、控制寄存器、状态信息等。给EPP应用系统提供了极大的灵活性。

基地址+4是EPP数据口。向这个I/O口中写数据将产生一个连锁的EPP数据写周期，从这个I/O口读数据将产生一个连锁的EPP数据写周期。基地址+5～+7与基地址+4一起提供对EPP数据口的双字操作能力。EPP允许主机在此个时钟周期内写1个32位双字，EPP电路再把32位双字拆为个字节依次从EPP数据口中送出去。也可以用其所长6位字方式进行数据传送。

由于EPP通过硬件自动握手，对EPP地址口和EPP数据口的读写操作都自动产生控制信号而无需软件生成。

2uPSD323X及其开发环境PSDsoftEXPRESS

ST公司的uPSD323X是带8032内核的Flash可编程系统器件，将于8032MCU、地址锁存器、Flash、SRAM、PLD等集成在一个芯片内。其主要特点如下：具有在线编程能力和超强的保密功能；2片Flash保存器，1片是128K或者256K的主Flash存储器，另一片是32K的从Flash存储器；片内8K的SDRAM；可编程的地址解码电路（DPLD），使存储器地址可以映射到8032寻址范围内的任何空间；带有16位宏单元的3000门可编程逻辑电路（CPLD），可以实现EPP接口等及一些不太复杂的接口和控制功能；2个异步串口、I2C接口、USB接口、5通道脉冲宽度调节器、50个I/O引脚等。由于uPSD323X采用的是8032内核，因此可以完全得到KeilC51编程器的PSDsoftEXPRESS是ST公司针对PSD系列产品（包括uPSD）开发的基于Windows平台的一套软件开发环境。经过不断升级，目前最新版是PSDsoftEXPRESS7.9。它提供非常容易的点击设计窗口环境用户不需要自己编程，也不需要了解HDL语言，只有点击鼠标即可完成对地址锁存器、Flash、可编程逻辑电路等外设的所有配置和写入。它支持所有PSD器件的开发，使用PSDsoftEXPRESS工具对uPSD323X系列器件的可编程逻辑电路的操作简单、直观。PSDsoftEXPRESS工具可以在ST网站（/psd）免费下载。

3用uPSD323X实现EPP接口设计

3.1硬件接口

EPP增强并口的速度最高可达到500KB/s～2MB/s,这对外设的接口设计提供了一个很高的要求，如果外设响应太慢，系统的整体性能将大大下降。用户可编程逻辑器件，系统的整体性能将大大降低。用户可编程逻辑器件，如FPGA（FieldProgrammableGatesArray,现场可编程门阵列）和CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice,复杂可编程逻辑器件），可以实现EPP增强并口的接口设计，这种实现方案可以达到并口中的速度极限，并且保密性好。ST公司的uPSD323X内部集成了可编程逻辑电路（CPLD），因此使用uPSD323X可以很好地实现EPP增强并口的接口设计。

EPP接口（EPP1.7）外设硬件接口原理如图3所示。在本设计中，uPSD323X通过中断的方式接收PC机并口的数据，并且当外设准备好数据上传到PC机时，PC机采用的也是中断方式接收外设的数据。

在上述硬件电路的基于上实现EPP并口通信还需做两部分的工作：一部分工作是在PSDsoftEXPRESS工具中完成对CPLD的数据的锁存；另一部分工作是在KEILC51环境下编写中断服务程序，实现EPP数据的读取和发送。

图3

3．2对CPLD的编程及其实现数据锁存的过程

在PSDsoftEXPRESS工具中，将PA端口（EPPD0～EPPD7）配置成带有时钟上升沿触发的寄存器类型（PTclockedregister）的输入宏，PB0（nWait）配置成上升沿触发的D类型寄存器（D-typeregister）的输出宏，PB3（nWrite）、PB4(nDstrb)、PB2(nAstrb)配置成CPLD逻辑输入（logicinput）口。NDstrb信号和nAstrb信号各自取反再相与后的值作为输入宏单元和输出宏单元的时钟。上述对PA、PB端口的配置用方程式表示如下：

PORTAEQUATIONS：

=======================

！EPPD7_LD_0=nAstrb&nDstrb;

EPPD0.LD=EPPD3_LD_0.FB;

!EPPD3_LD_0=nAstrb&nDstrb;

EPPD1.LD=EPPD3_LD_0.FB;

!nWait_C_0=nAstrb&nDstrb;

EPPD2.LD=EPPD3_LD_0.FB;

EPPD3.LD=EPPD3_LD_0.FB;

EPPD4.LD=FPPD7_LD_0.FB;

EPPD5.LD=EPPD7_LD_0.FB;

EPPD6.LD=EPPD7_LD_0.FB;

EPPD7.LD=EPPD7_LD_0.FB;

PORTBEQUATIONS:

=======================

nWait.D:=1;

nWait.PR=0;

nWait.C=nWait_C_0.FB;

nWait.OE=1;

nDstrb.LE=1;

nAstrb.LE=1;

EPP数据的锁存过程如下：以计算机向外设传输数据（即EPP数据写周期）为例子，计算机首先检测nWait信号，如果nWait为低计算机把nWrite信号置为低，表明是写周期，同时将数据放到数据总线上，然后置低nDstrb信号。此时，nDstrb信号会出现一个上升沿，此上升沿会将PA端口的数据锁存到输入宏；同时，此上升沿使nWait信号变高，表示外设正忙阻计算机发数年。当计算机检测到nWait信号为高后就会将数据握手信号nDstrb变高，EPP数据写周期结束。上述EPP数据的锁存和nWait握手信号的产生都由硬件产生，因此数据传输速度快。整个数据传输过程可以在一个I/O周期内完成，锁存到输入宏的数据的读取和nWait信号的清除则在外部中断0服务程序软件完成。

3．3中断服务程序的功能描述及流程

由硬件原理图可以看出，EPP并口的nDstrb和nAstrb信号线分别连到uPSD323X的外部中断定和外部中断1引脚。当发生EPP数据读写时，nDstrb信号就会产生一个下降沿，引起外中断定中断。当发生EPP地址读写时，nAstrb信号就会产生一个下降沿，引起外中断1中断。外部中断0和外部中断1的中断服务程序的功能是相同的，只不过前者接收或发送的是数据而后者是地址、命令等。以外部中断0的中断服务程序为例，详细介绍数据正向传输（计算机向外设发送数据）和反向传输（外设向计算机传送数据）时中断服务程序的功能。外部中断0中断服务程序流程如图4所示。

（1）数据正向传输

当发生EPP数据写周期时，即数据正向传输时，计算机首先检测nWait信号。如果nWait为低，表示外设已准备好接收数据。计算机把nWrite信号置为低，表明是写周期，同时将数据放到数据总线上，然后置低nDstrb。NDstrb信号就会产生一个下降沿，此下降沿一方面将PA端口的数据锁存到输入宏并使nWait信号变高，表示外设正忙另一方面引起外部中断0中断，在外部中断0的中断服务程序中读取输入宏锁存的数据，然后将nWait信号清零通知计算机现在外设已经准备好可以再次接收数据了。

（2）数据反向传输

外设准备好数据需要上传到计算机时，uPSD323X就会将数据放到PA端口，同时置低Intr信号线，向计算机申请一个中断，计算机中由一个硬件驱动程序来处理并口的硬件中断。驱动程序在并口中断服务程序中，通过读取EPP数据口获得外设上传的数据。由于EPP接口的握手信号由硬件产生，当计算机读取EPP数据口时同样会检测nWait信号。如果nWait为低，计算机把nWrite信号置高，表明是读周期，然后置低nDstrb,nDstrb信号就会产生一个下降沿。此下降沿使nWait信号变高，同时引起uPSD323X外部中断定中断。在外部中断0的中断服务程序中，为确保计算机将PA端口的数据取走，需不断检测nDstrb是否为高。当nDstrb为高时，表示计算机已将PA端口听数据读走，然后中断服务程序将nWait置低，EPP数据读周期结束。

第4篇

规划用户需求，实行软件接口设计，为用户提供便捷[1]。根据软件内部的数据结构，设计数据接口，促使其与计算机系统形成统一整体，优化软件格式，排除格式差异所造成的制约，保障用户在系统内，直接实现软件操作。

2计算机软件数据接口的应用

实际数据接口并不是体现单一的形式，其包含多样化模式，例如：函数、API，或者是格式数据包，在此基础上，针对数据接口的应用做如下分析：

2.1函数模式应用

数据接口的函数模式，属于特性程序，由开发商在软件出厂时，设定一套函数，预测、评估用户可能进行的行为操作，全部输入到数据接口内，促使函数接口的方式表现出多样化，封装后投入使用。此类函数基本由技术人员控制，仅限于软件开发商，其在出厂时已经完成函数的封闭工作，所以只有单方人员知晓，属于密闭的数据接口。此类模式，保持数据接口程序的完整性，如果用户使用函数模式，由开发商提供，无需进行二次书写[2]。函数模式的数据接口技术含量较高，保密性和稳定性明显，在现代软件开发中，属于常用数据接口。

2.2中间数据库模式应用

数据库模式，主要依赖于具有公共特性的数据库，本身则属于数据类型，需要借助授权途径。此模式局限性较高，用户在使用软件时，只能根据数据库规模的数据接口，实现数据访问，针对性强，可操作性低。常见格式有：Access、Oracle，基本为访问频率比较高的数据库。其在开发时，较为简单，适用于小型软件。虽然在特定数据接口的处理上，效率明显，但是相对其他数据库，可能会出现配置问题，特别是复杂的类型，会增加数据接口的处理难度，限制数据接口的工作范围。

2.3文件交换模式应用

此模式应用具备一定的特殊性，必须借助特性数据，才可支持数据接口应用。一般数据包括两类，第一是TXT文件，由windows自主配置，在现代计算机系统内比较常见，属于通用格式，例如：程序开发基本都会支持TXT，在文本内记录html代码、编程，可以迅速转化为可读模式，供软件读取，实现灵活转换。目前，大部分技术员习惯利用TXT编写代码，完成软件开发，应用便捷，不仅可以实现简单语言的书写，同时对特殊符号的识别能力明显，体现常规特性[3]。第二是INI文件，属于系统内配，系统内直接配置INI函数，适应于普遍软件，在INI约束下，软件自主记录自身信息，实现数据交互，INI文件具备自主特性，应用规模逐渐扩大。综上所述，数据接口应用为计算机软件发展提供可靠、稳定的空间，简化软件开发流程，提高开发效率，保障软件开发质量，推进软件迅速投入使用。

3结语

第5篇

关键词：USB数据采集PDIUSBD12

1USB协议和芯片选择

理解好USB协议是USB系统开发的第一步。USB协议版本包括1.0、1.1和2.0，USBOTG是对2.0版本协议的补充。虽然USB协议内容繁多且复杂，然而，对USB开发影响较大的却只是少数部分，以下对协议版本1.1[1]中这些部分进行介绍。

1.1USB协议

一般，每个USB设备由一个或多个配置（Configuration）控制其行为。使用多配置原因是对操作系统的支持；一个配置由接口（Interface）组成；接口则是由管道（Pipe）组成；管道与USB设备的端点（Endpoint）对应，一个端点可以配置为输入输出两个管道。在固件编程中，USB设备、配置、接口和管道都用描述符报告其属性。

图1为USB多层次通信模型。端点0默认配置为控制管道，用来完成所规定的设备请求(USB协议第九章)。其它端点可配置为数据管道。对开发而言，主要的大数据传输都是通过数据管道完成的[2]。

USB传输类型包括批量传输、等时传输、中断传输和控制传输，每种传输类型的传输速度、可靠性以及应用范围都不同[3]。控制传输可靠性是最高的，但速度最慢；等时传输速度快，满足实时性，但可靠性低。在具体应用中，端点传输类型可根据传输速度和可靠性选择。

在USB通信协议中，主机取得绝对主动权利，设备只能是“听命令行事”，通过一定的命令格式（设备请求）完成通信。USB设备请求包括标准请求、厂商请求和设备类请求。设备的枚举是标准请求命令完成的；厂商请求是用户定义的请求；设备类请求是特定的USB设备类发出的请求，例如海量储存类、打印机类和HID（人机接口）类。固件编程中设备请求必须遵循一定的格式，包括请求类型、设备请求、值、索引和长度。

1．2USB接口芯片选择

USB接口芯片的类型有：

（1）按传输速度的高低：低速（1．5Mbps）和全速(12Mbps)可选USB1．1接口芯片，例如Philips公司的PDIUSBD12和Cypress公司的EZ－USB2100系列；高速（480Mbps）可选USB2．0接口芯片，例如Philips公司的ISP1581和Cypress公司的CY7C68013。

（2）是否带MCU（微控制器）：一般Philips公司的都不带MCU，Cypress公司大多都带，例如AN2131。

（3）是否带主控器功能：不需要主机参与，主从设备间可进行数据传输，芯片有Philips公司的ISP1301和Cypress公司的SL811HS等。

还有专门用途USB芯片，例如闪存专用芯片IC1114。工程中用户可根据自己的需求选择一款性价比高的芯片。另外可用开发资源也是要考虑的重要方面，例如开发板和芯片厂商提供的网上资源，可大大降低开发的难度。

2基于USB接口的数据采集系统的设计

2.1系统简介

该系统能够实现16路温度数据自动采集，系统的组成框图如图2所示。主要包括8个组成部分：中央处理器选用AT89C52芯片，完成各部分控制功能和USB传输协议；实时时钟记录当前测量温度的时间；温度传感器和接口电路主要完成温度采集，并读入MCU处理；复位电路完成对MCU的上电复位和电源电压监视；看门狗电路用来监视MCU是否工作；存储电路主要存储采集到的温度数据以及采集的实时时间；电源电路主要为各部分提供要求的电源；外设与主机间的通信电路采用USB接口。

2.2接口芯片选择

接口电路采用Philips公司的PDIUSBD12[4]（以下简称为D12）芯片。主要因为D12芯片信息、开发资源丰富，具有较高的性价比。

D12芯片的主要特点包括：

·符合USB1．1版本规范；

·可与任何外部微控制器／微处理器实现高速并行接口(2MB／s)；

·采用GoodLink技术的连接指示器，在通信时使LED闪烁；

·主端点的双缓冲配置增加了数据吞吐量并轻松实现实时数据传输；

·在批量和等时模式下均可实现1MB／s的数据传输率；

·完全自治的直接内存存取DMA操作。

2．3接口硬件设计

由D12接口组成的通信电路原理如图3所示。关于D12的各引脚说明见参考文献[4]。多路地址／数据总线ALE接单片机的ALE脚，这样使用MOVX指令可以与D12接口，对D12操作就象对RAM操作一样，此时忽略A0（命令口和数据口地址线）的输入。因为没有使用DMA传输方式，所以没有用到DMACK＿N、EOT＿N和DMREQ＿NDMA引脚。INT＿N是USB中断请求脚，发出USB中断请求；GL＿N是GoodLink指示灯，在调试过程中非常有用，在通信时会不停闪烁。如果一直亮或者一直暗，表示USB接口有问题，如果D12挂起，则LED关闭。CLKOUT是D12的时钟输出，可以通过固件编程改变其频率，在调试固件时，可作为参考。

2．4接口程序设计

USB接口程序设计是USB开发的核心。USB接口程序设计包括三部分：单片机程序开发、USB设备驱动程序开发、主机应用程序开发。三者互相配合，才能完成可靠、快速的数据传输。

2．4．1单片机程序设计

单片机程序（又称固件）采用模块化程序设计，主要模块包括：数据采集模块、数据处理、监控模块和数据通信模块。模块化设计的优点是可靠性高、可读性好、升级简单。

通信模块固件结构如图4所示。主循环和中断服务程序之间的数据交换可通过事件标志和数据缓冲实现。图3中USB中断引脚INT＿N发出中断请求，中断服务程序根据中断请求类型操作，设置事件和填充数据缓冲区再传输给主循环；标准设备请求程序是对标准请求进行处理；用户可以根据实际需要编写厂商请求，例如发出启动或停止数据采集命令。

图3USB接口连接示意图

2．4．2驱动程序设计

驱动开发工具有DDK和第三方开发工具。其中DDK开发难度最大，第三方开发工具有DriverStudio和Windriver等。DriverStudio难度适中，而Windriver则属于应用层驱动开发，难度小，但效率低，并存在问题。

DDK驱动程序开发工作包括：开发环境设置（VC编译环境）[5]、驱动程序设计[6]、安装文件（INF文件）设计。

驱动程序设计采用WDM（WindowsDriveMode）。WDM设备驱动程序提供了一个参考框架，大大降低了由DDK书写驱动程序带来的难度。

D12驱动使用的例程包括：DriverEntry、AddDevice、DispatchPnp、DispatchRead、DispatchWrite和DispatchDeviceControl例程，以下是D12的WDM驱动程序函数：

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿CREATE]＝D12＿Create;

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿CLOSE]＝D12＿Close;

DriverObject－＞DriverUnload＝D12＿Unload;

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿DEVICE＿CONTROL;

＝D12＿ProcessIOCTL;

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿WRITE]＝D12＿Write;

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿READ]＝D12＿Read;

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿SYSTEM＿CONTROL;

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿PNP]＝D12＿Dispatch;

DriverObject－＞MajorFunction[IRP＿MJ＿POWER]＝D12＿Process－PowerIrp;

DriverObject－＞DriverExtension－＞AddDevice＝D12＿PnPAddDevice;

驱动程序与应用程序和硬件之间通信都是IRP（I／O请求包）完成的。IRP＿MJ＿PNP主要是实现USB即插即用，例如设备的添加、删除和资源的分配；IRP＿MJ＿POWER实现电源管理，例如设备的挂起和唤醒；IRP＿MJ＿CREATE(创建)、IRP＿MJ＿CLOSE(关闭)、IRP＿MJ＿

DEVICE＿CONTROL（设备控制）、IRP＿MJ＿WRITE（读）和IRP＿MJ＿READ?穴写?雪是主要完成数据通信的函数，实现管道的创建、关闭和数据读写。其中设备控制具有输入输出缓冲区，可实现读和写功能；AddDevice和DriverUnload实现设备管理，在设备添加和卸载时，创建和删除设备，以及管理资源分配。

驱动程序通过安装文件（．inf文件）中PID(产品识别号)和VID（厂商识别号）识别USB设备。

2．4．3应用程序设计

主机应用程序的编写使用VC编译环境中的API函数实现。

应用程序的编程方法与串口编程类似。首先必须查找设备，打开设备的句柄；然后进行读写和控制操作；最后是关闭设备句柄。为了提高效率，可使用多线程技术实现读写。

应用程序通过GUID(注册表驱动唯一识别号)查找驱动程序。

2．5调试

首先是固件调试，可用仿真机完成，驱动开发工具Windriver也是很好的固件调试工具，例如测试标准请求、厂商请求和管道读写。其次是驱动调试，这是USB接口开发最困难的部分，调试工具可用DriverStudio中Softice工具和文献[6]中DebugPrint跟踪工具，监视工具BusHound可监视USB的实际数据传输情况。需要注意的是，驱动调试必须在应用程序正确调用的前提下。

2．6USB传输速度

第6篇

结合数据处理接口模块的需求，系统的复位源设计有3个，分别是软件复位、手动复位和上下电复位。其中软件复位由使用数据处理接口模块的主机发出，手动复位由维护人员通过地面测试设备发出，上下电复位通过5V电源监控芯片MAX791实现。软件复位和手动复位通过二极管线与的方式接入MAX791的MR端。系统在以下4种情况时会产生复位：1）上电复位：上电过程中，当VCC＞4．65V时，复位信号保持200ms有效后变高；2）下电复位：下电过程中，当VCC＜4．65V时，复位信号一直有效；3）软件复位：由主机中的CPU发出，当底板总线信号XRE-SET＃有效时间＞25μs时，产生复位，XRESET＃无效后复位信号保持200ms有效；4）手动复位：由地面测试设备发出，当底板总线信号TS＿RE-SET＃有效时间＞25μs时，产生复位，TS＿RESET＃无效后复位信号保持200ms有效。利用MAX791的看门狗功能，还可以对板上DSP的工作状态进行监控，一旦出现软件跑飞等情况，看门狗狗叫会导致DSP的NMI中断发生，并且上报给主机GO／NOGO＃信号有效。

2软件设计

数据处理接口模块的软件主要由硬件初始化、自测试程序、周期数据收发和命令响应四大功能组成。其中周期数据的收发包含消息层和数据层两个层次。消息层负责命令的辨识和数据的组织搬运，数据层负责协议的执行和发送接收等底层任务。数据层基本数据帧的格式见图4所示。这里的同步字、数据长度、校验方式由主机在初始化时确定。其中校验方式可选择两种，若采用和校验，则检验位占用1字节；若使用CRC校验，校验位占2字节。在周期数据收发的数据层中，RS422链路分为测控链路和任务链路两部分。测控链路用于检测设备的连通性和硬件的正确性，任务链路用于任务系统之间的通信。因此，将用于测控通信的链路设计为无链接协议链路，将用于任务通信的链路设计为有链接协议链路。有链接协议的任务链路的状态转移图见图5所示。任务链路的工作原理是：上电后首先进行通信测试，主端首先发送LTST，若从端回复ALTST为正常，测试完成后，转入空闲工作状态；空闲状态时主从定期进行握手操作，当主机存在发送命令时，转入消息发送状态，当从端发来数据帧前导码LHDR时主端转入消息接收状态；消息发送完成后会进行发送检查，如果从接收无误会发来ACK握手信号，当出现超时或从发来NACK信号时进行重新发送状态，重试超过门限进入通信测试状态；消息接收状态时若消息正确则进入空闲状态，若接收超时或消息错误时发送NACK通知主端重新发送，当错误次数超门限时进入通信测试状态。

3低功耗设计

简易无人机携带燃料有限，而实际任务中往往又要求其尽可能长时间的滞空，这就要求各类设备尽可能地以较小的功耗完成较多的功能。因此本文从硬件软件等不同层面设计来降低模块的功耗。降低功耗总的来说有关闭无用功能、减少无用操作和合理器件选型三个方法。在不使用DSP内部的AD、eCAN、SCI等资源时，可将对应的资源的时钟HSPCLK和LSPCLK关闭，同时不使能这些资源，以达到降低功耗的目的。作为降压型线性电源，TPS74401芯片的耗散功率PD＝（VIN－VOUT）×IOUT，即电源的转换效率取决于输入输出电压差的大小，因此在电源转换电路的设计上应在满足电源芯片的最小dropoutvoltage的情况下尽量减小LDO器件输入输出电压差，可提高转换效率减少发热功耗，本文中1．8V电源由最接近1．8V电压的3．3V电源转换而来。为保持较好的信号完整性，模块上的印制板走线阻抗均按照单端50Ω差分100Ω控制。在RS422的发送端和接收端进行阻抗匹配以优化信号质量。在发送端使用33Ω串联匹配方式，接收端采用120Ω并联匹配方式，由于正常工作时差分电平约±5V，为降低直流功耗在并联匹配电阻处串接一10pF电容，这样既满足瞬态的信号完整性要求，也可在稳态时达到隔离直流，减小匹配电阻上直流功耗的目的。详见图6所示。在软件设计方面，采用定时查询和中断接收相结合的方式，减少DSP对外设的多余操作，避免不必要的轮询操作所产生的功率消耗。本文介绍的串行数据接口板在今后的改进设计中，可以注意合理的器件选型，以达到降低功耗的目的。例如：现设计中1．8V电源转换效率为54％，今后可结合实际电流消耗状况选用合适的开关电源代替线性电源［4］，并使开关电源工作在中等或较重负载状态，可提高电源效率至80％左右；现有设计中CPLD动态功耗约为0．7W，由于该模块中逻辑占用资源并不多，因此后期可考虑用更小功耗的中小规模可编程逻辑器件替换。目前现有设计中未考虑模块的睡眠唤醒功能，今后可结合主机实际的需求，添加相应功能的电路，以降低待机功耗。

4结束语

第7篇

【关键词】三本院校；微机原理与接口技术课程；应用型人才；教学研究

Research and Practice on Microcomputer Principle and Interface Technology in Independent College

Yu Guiling

【Abstract】Operating system course of computer science major is not only a main course of this specialty，but also it’s one of the important contents in Machinery and electronics，Numerical Control，electromechanical and so on. The course is an integrated curriculum， content is complex， involving a wide range of. It’s theoretical， practical， many concepts and algorithms are rather abstract， for beginners is not easy to understand. In this paper Independent College students' characteristics， on the basis of application type talents training target， combined with their own teaching practice， the teaching of the course a useful exploration and research.

【Key words】independent college；Microcomputer Principle and Interface Technology；application talent；teaching research and practice

随着IT技术的飞速发展，互联网技术日益成熟，微处理器的大量发展将计算机技术渗透嵌入到了各种仪表和控制系统中，特别是嵌入式技术的广泛应用，智能化、物联网技术的出现更是融合了传感技术、通信技术、计算机技术及微电子技术、控制技术等，使得《微机原理与接口技术》课程的地位越来越重要。《微机原理与接口技术》课程本身就是一门综合性课程，内容繁杂、知识点多，涉及面广；其理论性、实践性、应用性都较强，且软硬件相结合，对培养学生在微型计算机基本构成与外界联系（广义输入/输出）的应用方面，建立微机系统的整机概念，具备微机系统软硬件开发和应用的基本能力，提高分析问题、解决问题的思维能力和实际动手能力、工程设计能力、创新能力等，都具有极其重要的意义。因此越来越多的专业，如计算机应用、自控类、机电类、电子类、通信类等专业都将此课程列为必修的专业课或专业基础课。该课程的先修课程有《电力与电子学》《数字电路与逻辑设计》《汇编语言程序设计》《计算机组成原理》《操作系统原理》等，并为《单片机原理及应用》《EDA技术》《嵌入式系统及应用》《计算机控制技术》《DSP器件原理及应用》《可编程器件原理及应用》《多媒体技术》等不同专业的后续课程打好基础。

尽管本门课程如此重要，但是对于三本院校学生来说学好它实属不易。首先，学生自身特点：基础知识薄弱，自学能力欠缺；其次，高校中普遍存在“重软轻硬” 的现象产生的影响，只注重软件程序设计，针对硬件的设计开发很少；第三，针对三本院校应用型人才的培养目标，硬件课程学时也在不断压缩，造成学生对硬件课程的学习没有热情，动手能力差，出现只会读书不会动手的局面。

基于上述原因，有必要在应用型人才的培养方案下对本课程的理论教学和实验教学改革进行探索和实践。

1 教学中存在的问题

《微机原理与接口技术》是计算机技术的硬件课程之一，通过该课程的学习使学生从理论和实践上掌握微型计算机的工作原理和基本组成，熟悉微机的汇编指令体系及汇编程序设计方法，以及常用接口技术及其软硬件设计方法，建立微机系统的整体概念，达到初步具有微机应用系统的软硬件设计、开发能力。

本课程呈现的特点：内容繁杂，缺乏系统性，更新速度快，软硬件相结合；这就要求我们要不断调整理论教学和实践方案，以适应新形势的需要，促进学生学习，培养出合格的应用型人才。本课程的讲授与学习的过程中存在以下的问题：

（1）教学方法方面：“灌输式”的教学方法，以课堂讲授为主，将学生置于被动接收知识的地位，忽略了学生主体地位的作用，对启发式、讨论式和研究式的教学方法采用得比较少。这样的教学模式不利于学生创新能力的培养，学生缺少自己动手分析、设计具体系统接口实例的过程，导致他们只顾记忆知识点，忽略了对问题实质的理解和掌握，忽略了对各部分知识内容之间关系的把握。

（2）教学内容方面：本课程内容繁杂理论性强，看似缺少系统性，但又跟其他课程紧密相关，涉及到许多硬件技术和软件实现技术，如计算机组成原理中的存储器部分、总线I/O接口部分、中断技术等，汇编语言的编程等，这些技术又往往交织在一起，是在原有基础上再深入，这就要求处理好微机原理与接口技术课程和计算机组成原理、汇编语言程序设计、操作系统原理等课程之间的关系。

（3）实践环节方面：大多数高校采用的是集成性实验箱，对芯片功能进行验证性实验，即实验箱提供一个集成环境，通过软件将实验箱上的芯片与PC机通讯，芯片接口及线路都是固定好的并封闭在实验箱内；实验中用到的全部数据结构、电路连线和代码都有提供，学生真正自己动手设计的实验很少，课程设计环节几乎没有，缺少课程学习小论文，学生参与研究性学习的机会少，不利于创新能力的培养。

（4）学生方面：学生本身基础知识薄弱，学习主动性不强，计算机组成原理等前继课程基础不牢，加上集成性实验箱的提供、电路连线和代码的提供一定程度上助长了学生的惰性，影响了学生的创新能力和创新欲望。

（5）社会需求方面：高等院校尤其国家计算机专业一级学科过分强调了培养软件大师，忽视了教给学生扎实的基础知识，以及硬件开发能力的培养，以至于现在不论企业、社会还是学生本人多数只希望学习技术前沿的东西，即便是软件编程也忽视了像汇编语言这样的底层语言的学习。这实际上也是个体的当前利益和产业发展的长远利益之间的矛盾。

2 理论课程改革的具体实施

微机原理与接口技术课程的主要内容包括微处理器基本概念、工作原理和硬件结构；汇编语言指令系统和程序设计方法与技巧；中断系统、定时器/计数器和串行通讯的工作原理和应用；微机系统扩展、人机交互、A/D和D/A等接口技术，以及微机应用系统设计实例。理论课程改革首先从优化教学内容，改变教学方法入手。

2.1 优化教学内容，改变教学方法：由于微机原理与接口技术课程知识点多理论性强，所以在授课时，结合学生比较熟悉的身边实例来进行讲解，把原理知识与实际应用相结合，形成了新的教学方法：

（1）案例教学法：课程内容所涉及的基础知识结合生活中的实例进行讲解。采用实例教学，可以把我们身边常见到的家用电器、智能交通、公共汽车报站系统、门铃等常见设备展示给学生，通过比较实用又不太复杂的产品作为实例讲解设计过程，把相对繁杂的课程内容变得相对有趣，从而启发学生学习的欲望，认识到只要掌握相关的软硬件知识，自己也能开发出实用的电子产品。例如，对于8086/8088系统原理采用原理性案例教学；对于8253、8255A等芯片接口采用样例学习法的设计性案例教学；对于芯片的实际应用，采用结合性案例教学，如十字路通灯的设计、出租计价器的设计等。通过这种方式增强了学生的动手能力，充分调动了学生学习的积极性，将学生置于主要地位，提高学生自我学习的能力。

（2）互动式教学：培养学生的参与意识、动手能力和思维能力，并激发学生的学习兴趣，是一种良好的教学方式。例如，“存储器的连接”中的扩展方式在计算机组成原理课程中已经详细讲过，本课程中增加了总线连接、地址分配的问题。在讲授这部分时，重新做了调整：首先回顾关于该内容的一些主要问题如扩展的方法有哪些，如何进行扩展、总线如何连接等.让学生在上课前利用业余时间，带着问题认真看书，然后回答；在开始上课时，先抽查学生答题情况，再让学生提问；解答问题后，进行总结，引出存储器内部地址如何分配、与CPU管脚如何连线。这样学生是整个教学的主体，学习主动性强，课堂效率高。

（3）类比法教学：采用比喻的方法将抽象的、难以理解的知识点变得具体、易懂。如在讲解存储器及寻址方式时，首先说明指令操作要先寻找操作对象的操作数，为提高CPU的运行速度，CPU中设有寄存器可暂存数据，而大量数据主要存在存储器中。若操作数在寄存器中可直接找到，就是直接寻址；若操作数在存储器中不能直接找到，可通过寄存器中的有关信息找到，即寄存器间接寻址。我们可用去宿舍找学生作比喻，若知道学生的具体房间号，可以直接去找（直接寻址），不知道可以去宿舍值班室询问，得知学生房间号后再找到学生，这就类似于寄存器的间接寻址。

又如中断的引入解决了高速CPU与低速外设信息的交换问题，CPU由被动变为主动，采用分时操作，从而大大提高了效率。如何使学生理解中断的执行过程，我们可用优秀售货员或以教学讲课中学生有问题举手提问作比喻，教师允许学生提问并解答，即为响应中断和执行教学中断服务的程序过程。

（4）直观教学法和启发式教学法：课程中有很多难懂的知识点，讲解时间较长。如果按照常规思路一步一步讲解，学生很难长时间紧跟教师思路，势必影响效果。若适当采用直观教学法，利用图片、动画等进行直观教学，就可以缩短学生学习时间，便于理解知识点；若适当采用启发式教学法，就可以很好地调动学生的学习积极性。例如对于寄存器、存储单元内容，由于微机内部芯片的高度集成化的结果，看不见、摸不着，传统的教学方式效果不理想，我们可利用多媒体进行辅助教学，将抽象、复杂的内容采用直观、形象的多媒体课件进行演示，化抽象为具体、化难为易，以利于学生理解和掌握，提高学生学习的兴趣。

教材中各种图比较多，如原理图、时序图以及流程图等，采用传统的教学方式，既费时又不规范；运用多媒体课件辅助教学，可很快直观地展示给学生，对重点内容可用不同的颜色标注，需强调的内容可用闪烁方式显示，FLASH动画显示渐变的过程进行启发式教学，使学生紧跟老师的思路，既省去了大量的板书时间，又以整齐、美观和可重现等方式展现课程内容，提高了教学效率。实践证明，采用现代化的教学手段，可以把原本枯燥的硬件课程讲解得生动易懂，加深学生对理论知识的理解，达到事半功倍的效果。

（5）项目教学法：将原有传统学科体系中的知识进行整合，并转化为若干个典型项目，教师作为指导者把相对独立的项目交给学生，学生作为主体直接参与项目实践过程，包括信息的收集、方案的设计、项目实施及最终评价等。项目教学法不再把教师掌握的现成知识技能传递给学生作为追求的目标，而是在教师的指导下，学生去寻找得到这个结果的途径，最终得到这个结果，并进行展示和自我评价。项目教学通常安排在课堂、作业、实验三个环节之后，以学生动手操作、完成项目为目标，分为项目选题、项目设计、项目实施、项目总结等环节。学习的重点在学习过程而非学习结束，通过这种方式学生在学习的过程中锻炼各种能力，把学习课程时的被动听课转化为主动探索课程内容，不仅使学生掌握了课程知识，而且锻炼了学生的实际工程应用能力，加强了综合运用所学知识解决实际问题的能力，同时也调动了自我学习的积极性、主动性和创造性。

2.2 注重知识的连贯性：加强书本知识与新知识的联系，加强理论知识与应用的联系；加强本课程与其他课程相关知识的联系。

（1）对教材中学生不易理解的内容，换成学生熟悉的知识，不仅可以巩固学生所学的知识，而且有益于学生对新知识的学习和理解。如在讲解汇编语言编程时，与C语言编程相结合，与C语言描述对比讲解，先讲解程序框架，再将用C语言编写的程序用汇编语言实现，学生更易理解和接受。

（2）注意课程之间知识点的联系，通过举一反三，使学生对知识掌握得更牢固，并能灵活应用。如对于存储器扩展、地址分配、中断及其实现等知识点，都是在原有基础上扩展和加深，既对学过知识温故知新，又有新的扩展和提高，为后续课程做好铺垫。

2.3 在有限的课堂教学中突出重点，增大信息容量：根据教育部有关精神，结合学分制的特点，近几年来，经过几次调整，本课程的课堂教学时数进行了压缩，并将汇编语言课程撤销，融入到本课程中。对于前继后续课程需要做到理清相关课程之间的关系，与相关课程的教师沟通，划分好各课程的边界关系，扫清盲点，减少重复。要求教师在有限的课堂教学中，突出课程重点、讲清课程难点、保证教学质量，精心制作电子课件，以增大课堂教学的信息量，拓展学生的知识范围，是教师必须认真对待的重要课题。要求学生在课堂教学中掌握基本概念、基本思路、基本方法的基础上，对重点的问题进行分析，对疑难点进行剖析，加强学生课前的预习和课后的复习，结合作业联系、实验等环节把握教学的要点。

2.4 充分利用网络资源，实现网络化教学：我们采用了moodle平台，一个通用的网络教学平台是澳大利亚教师 Martin Dougiamas开发的基于因特网的课程管理系统，目前在各国已广泛应用。Moodle平台依据社会建构主义的教学思想，即教育者（老师）和学习者（学生）都是平等的主体，在教学活动中，他们相互协作，并根据自己已有的经验共同建构知识，可以实现课程管理、作业模块、测验模块、资源模块、论坛模块、问卷调查模块等功能。

充分应用网络信息化教学手段，在网络平台上向学生提供教学要求、电子教案、远程答疑、应用资料等网络教学资源；建立网上题库，便于学生更好地消化书本知识；通过网络进行专题讨论、网络释疑、学生意见反馈等教学辅助工作。通过上传一些最新的有关本课程的相关信息，让学生对本专业以及与本专业有关知识的了解，扩大视野，丰富知识；打破传统实践教学在时间和空间上的限制，可以在任何时间、任何地点，通过网络进行自主学习、交流讨论。

3 实践课程改革的具体实施

微机原理与接口技术课程是一门实践性较强的技术基础课，课堂讲授的内容大都较为抽象，难于立即消化，掌握起来有一定的难度，这种情况迫切需要将理论和实践结合起来，进一步加强实践环节的教学。本课程的实验环节是课程教学的重要方面，通过对实践教师队伍加强管理与培训，让实验室老师参与指导学生实验，任课教师参与实验课程的编排、参与实验课程的讨论、指导，既有效地促进了实验环节，又进一步提高了课堂教学的效果，保证了实验教学的质量。

3.1 重视课程教学实践环节，培养学生动手能力：本课程实验包括两部分：汇编语言程序上机调试和接口芯片的编程。实验教学内容以单元实验为主，紧跟理论教学进程，即在相关章节的课堂教学结束时进行上机调试、验证。实验内容分为认知阶段、提高阶段、创新阶段三个层次，分别对应于验证性实验、设计性试验和综合性实验。相对而言验证性实验难度不大，学生完全有能力靠自己去完成实验，设计性和综合性实验需要自行设计硬件连线图和软件程序。通过实验不仅可以巩固所学的理论知识，还可以培养学生的动手能力。在实验中给学生适当的指导，其余部分由学生自己动手进行硬件电路的连接，独立完成实验。做到学以致用，培养学生的开发能力。课程设计也是本课程整个教学过程中的一个重要的实践环节，是面向实际应用而进行的一种设计，是对设计性和综合性实验的创新。本课程目前暂未安排课程设计，但作为重要环节，一旦条件成熟，它应独立或与其它相关课程进行综合设计，既实现“理论――验证――实践创新”的教学目标，还能让学生感受到操作系统的实用性和趣味性，从而达到良好的教学效果，起到了理论指导实践，实践验证理论的目的。

3.2 实践教学开放化，开展多种形式的实践活动：在系、院的统一安排下，逐步建立针对开放式实验教学的教学环境，形成一套开放实验室管理制度、教学指导方法和教学质量监控保证体系，使开放实验教学不仅仅有形式，更有实质性内容，确保开放实验教学的效果。学院建立了学生创新实验环节，安排教师指导学生的实践活动，以项目申报的形式、审批的方式确定选题，选拔学生参加电子设计小课题，而这与本课程的内容有密切的关系，也为课程的教学提供了提高的环节。

另外在开设本课程的各系之间，组织学生参加不同层次的电子设计竞赛、各种创新竞赛、毕业论文等环节，有针对性地提出一些题目，加强学生对有关硬件设计、接口技术方面的能力培养。

3.3 通过校企合作模式强化实践教育，提高学生的实践能力：尽管作为微机接口技术实验平台，集成实验箱有完善的编程及调试环境、开放的系统扩展总线以及优越的系统扩展性能等，但是随着计算机硬件技术的飞速发展，微机原理与接口技术课程的教与学都发生了质的变化。传统的计算机接口技术课程着重介绍计算机各组成芯片的内部结构，初始化编程命令和在PC/AT机中的基本应用，并没有系统的介绍各组成芯片的关联工作情况以及和CPU系统的工作情况。当今Pentium PC机广泛使用的并行接口标准IEEE 1394、通用串行接口标准USB、图形显示总线标准AGP、高速硬盘标准Ultra 100MB等等，都是最新接口技术应用的具体成果，实验设备不可能跟上技术更新的步伐，让学生感觉不到这门课的实际应用价值。

我们的做法是“请进来，走出去”，以人才需求为导向，充分利用校企合作，即学校和企业双方共同参与人才培养过程，利用学校和企业不同的教育资源和教育环境，采用“课堂教学”和“学生参加实际工作”有机结合的教育模式，定期组织企业技术主管到学校进行讲座，组织学生到实习基地或实习单位进行锻炼，加强学生动手能力的培养，提高分析问题解决问题的能力，更好地培养应用型人才，以适合不同用人单位对人才的需求。

通过多渠道、多形式地建设校内外实习实训基地，目前我院除了建有7个实验教学中心，中心下设实验室，全院共有公共实验室、专业实验室47个，其中工程教育训练中心、数字媒体实验教学中心先后被评为“北京高等学校实验教学示范中心”；还建成了5个院级综合实习实训基地，59家校外实习实训基地，其中1家被评为北京市高等教育校外人才培养基地，由企业的资深工程师授课和指导毕业设计（论文），不仅提高了学生的动手能力、分析问题解决问题的能力，而且向学生传授了企业文化，提升了学生的职业化程度，增强了学生就业的竞争力。

4 其他辅手段的具体实施

微机原理与接口技术课程的教学改革应该说是多方面的，除了对其教育理念、教学内容、教学方法与教学实践等进行改革外，同时还在师资队伍建设、教材选用、考核方式等方面进了相应的改革。

4.1 注重师资队伍建设：针对中青年教师人数较多的情况，制定相应的培训计划；与课程建设规划相结合，要求青年教师每年走进企业实习；实行老教师传帮带、教师集体备课、评讲教案、教师听课等制度，促使中青年教师迅速成长。课程组进行定期或不定期的教研讨论，形成良好的教学氛围。

4.2 选用合理的教材：一本好的教材，是决定教学质量高低的重要因素之一。目前，微机原理与接口技术教材模式单一，大多数都分为8086微处理器、存储器技术、8086指令系统、汇编语言程序设计、I/O接口芯片等五个部分，存在重基本原理、轻应用实例的问题。通常教材中都是先介绍产品的功能部件、存储器，再介绍指令系统、程序设计，最后是一些常用接口部件的外部扩展等内容，特别是实验教材跟不上新技术、新硬件的发展，使得初学者感到理论与实践脱节，内容繁杂缺少系统性，无法形成微机应用的完整概念，更谈不上能力的锻炼和提高。因此我们计划对教材内容进行重新整合，使其各知识点由浅入深、由易到难，紧密结合，顺理成章。

4.3 考核方式的改革：微机原理与接口技术是一门理论联系实际、实践性很强的专业基础课，它与一般的基础理论课程特点不同，是以学生理论联系实际能力、动手能力、综合分析问题能力及创新能力为培养目标的。考试作为教学的一个重要环节，是对学生学习状况进行必要检查的手段，因此在考试环节中应该体现课程的培养目标。实际教学中，针对微机原理与接口技术课程的特点，对考试形式、考试内容进行了相应的改革，对考核模式也有相应调整，学期成绩由平时成绩和期末成绩两部分组成，其中平时成绩占40%，包含出勤、笔记、作业、上课的状况、实验和小论文的完成情况、实验报告、期中测试等；期末成绩占60%，来自期末考试的卷面成绩（闭卷笔试），做到全面、综合考察学生对本课程的掌握和理解情况，利用理论知识分析问题、设计问题并解决问题的能力。

目前我们针对课程的教学大纲制定考试大纲，对教学体系进行系统化说明，对各知识点在章节中所占比例进行分配，充分利用网络资源，建设试题库，难易程度分为简单、一般、复杂，题型做到多样化，有填空、选择、判断、读程序、编程、接口设计等，为后续考教分离做准备，从根本上改变学生的“要我学”为“我要学”的状态，全面调动学生学习的积极性，提高学生的动手能力、理论联系实际能力及应用所学理论分析问题和解决问题的能力。

5 结束语

通过微机原理与接口技术课程的教学改革与实践，我们深刻认识到只有不断进行教学改革才能不断提高教学质量，教学改革是一个长期的不断探索，不断完善的过程。本文通过作者自身的教学实践，提高了教学质量，改善了教学效果，提高学生的学习兴趣和学习效率，充分调动了学生学习的积极性、主动性、创新性，培养应用型的高素质人才，保证本课程持续不断地向前发展，也为后续精品课程的建设奠定了基础。

参考文献

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[6] 唐永红、龚安.微机原理实验教学改革初探[J].大众科技，2006.2（88）：153～156

第8篇

关键词：微机原理与接口技术实践教学 FPGA

一、前言

微机原理与接口技术是电子信息类理工科的一门重要专业基础课。内容涵盖微机原理、汇编语言程序设计及微机接口技术，兼顾硬件和软件2个方面，该课程的特点是概念抽象，实践性强。实践教学对于学生理解课程内容，培养学生动手能力是十分重要的。

二、《微机原理与接口技术》实践教学现状

随着高等教育正在由知识型教育向能力培养为中心的教育进行转变，电子信息类课程的实践教学环节都大大加强。但由于受到硬件实验环境与实验内容制约，特别是《微机原理与接口技术》实践教学只发生了量变而非质变，仍处于滞后的位置。

在目前的教学中，《微机原理与接口技术》实践教学存在以下几个方面的问题：

（1）实验内容固定陈旧，大都是些传统接口芯片功能的验证实验，由于实验台上的芯片资源有限，不具备进行多芯片组合的综合型实验的条件。大部分学校进行的还都是8位接口芯片的实验，而现在常用的大部分是32位64位的接口，实验内容过时。同时一些多核处理器，PCI―Express总线，SATA接口技术等一些新技术根本没有涉及[1]。

（2）实验平台落后，实验平台芯片资源少，扩展性差，只能进行一些简单的功能验证实验，实验内容也因芯片种类和实验台架构固定而不易调整，不能发挥学生的创新能力。平台外设简单，无法激发学生的兴趣。

（3）实验技术落后，很多学校还采用的是搭积木式的设计方法进行教学[2]，学生的实验灵活性小，大都是按图连线，下载程序的操作，限制了学生的设计创新能力的培养。实验简单抽象，大都是些芯片功能上的验证，启发性小。

（4）重软轻硬，实验重点大都集中在汇编语言的编写，学生很少能自主的设计电路，也无法了解芯片的结构以及时序，更不能自己设计芯片，大大限制了学生动手能力的培养[3]。

微机接口技术被广泛应用于电子信息各个领域，因此《微机原理与接口技术》是门应用性很强的课程，学生通过学习达到在掌握理论的基础上，能运用所学知识解决一些实际问题的能力。但因为在实践教学中存在以上问题，学生在学完这门课程后，大都停留在了解几个常用接口芯片的常用工作方式的层面上。这和高等教育“培养应用型创新人才”的目标是不相符的。

三、将FPGA技术与《微机原理与接口技术》实践教学相结合

FPGA（现场可编程逻辑阵列）技术[4，8]，用户可以通过硬件编程语言重新配置芯片内部的电路，同时FPGA芯片中有丰富的逻辑单元，可以满足设计复杂电路的需要，用FPGA技术对微机接口实验平台进行改进，正好弥补了现有平台，芯片资源少，扩展性差，电路设计受限的缺点。配上USB，SATA接口，液晶屏等新型外设以及相应IP核，学生便可以进行一些新的接口技术的实验，增强了实验的趣味性，也加强了学生动手能力的培养。同时由于FPGA技术的广泛应用，很多大学也开设了相关课程，但大都从硬件语言和SOPC(可编程片上系统)两方面作手[5]，知识跨度大，而且学生缺少复杂逻辑与接口设计的实践机会，将FPGA教学引入《微机原理与接口技术》实践教学正好弥补了这一空缺。在熟练掌握电路设计的基础上，学生可以运用微机接口，组成原理，体系结构，数字逻辑等知识设计多模块的系统，使学生通过实践教学将计算机多门硬件基础课程融合成一个有机的整体。

四、基于FPGA的《微机原理与接口技术》实践教学方法

1.改进实验硬件环境

我们学校《微机原理与接口技术》是一门重要的计算机专业基础课，多年来一直努力探索实践教学的改革方法。我们与Xilinx(赛灵思)公司建立了联合实验室，并自主研发了基于FPGA的微机接口实验平台[6]。该平台采用多模块“乐高”思想分为：芯片组板、FPGA扩展板、外设板等三个部分并且可以灵活组合，便于调整与维护。芯片组板可以用来进行传统的接口实验，FPGA板可以用来学习硬件编程，同时还有配套的用Verilog实现8255，8253，8251接口芯片的逻辑，将其下载到FPGA中可以代替相应的接口芯片。因为FPGA中丰富的逻辑资源，学生可以在FPGA中配置多个接口芯片，并且可以用FPGA实现16位、32位接口芯片，从而设计复杂的接口电路。FPGA中还可以配置多种CPU架构如80X86，8051的IP核，可以建立多种系统架构。PC机与实验平台是采用FPGA逻辑配合桥接芯片实现PCI总线接口转ISA总线接口，支持硬件在线编程与调试，同时提供相应的实验供学生学习PCI总线接口与ISA总线接口。外设板上在传统外设的基础上还提供了液晶屏，USB接口，DDRⅡ接口，SPI接口，传感器等新型外设，实验结果的验证方法将更加丰富有趣，大大提供了学生的兴趣，并且可以根据实验和开发的需要，组装成新的IO外设板。总体上因为FPGA技术与新型外设的引入大大增强了实验平台的扩展型，而且实验平台功能丰富可用于学生毕业设计，电了竞赛等综合型实验中。

2．改进实践教学的内容

在以前的实验内容基础上，用ISE软件仿真接口芯片，简化以前芯片功能验证的实验，学生通过软件仿真可以很清楚的了解接口芯片和总线接口的工作时序，不用硬件连线便可以得到接口芯片各方式下的波形，从而缩短芯片功能验证实验的时间，将更多的时间用在接口芯片电路的设计上。在学生了解各接口芯片的工作方式后，便可用FPGA仿真的接口芯片与板载芯片配合设计一些多芯片电路，解决一些实际问题，如车辆计数系统，点歌系统等，可让学生自由发挥，极大发挥创造性，锻炼学生的动手能力。在学生熟练的掌握硬件编程语言的情况下，学生可以自己编写接口逻辑，实现与外设的通信。增加PCI总线接口，ISA总线接口，8051架构，USB，DDR接口驱动的实验，扩展学生的视野，将学生的知识与现实应用紧密联系起来。鼓励有兴趣的，学有余力的学生充分利用实验台上的外设扩展进行综合性实验，为电子竞赛与毕业设计打基础。

3.新实践教学方法的推进

在教学方法的推广上，采用以点带面的方式，为有兴趣的同学开展微机及接口技术的实训培训，由学生自愿报名择优参加。由于实验内容贴近应用，且有趣新颖，学生报名踊跃。经过两期实训班，实训成果明显，已有多名同学开始自主申请科研项目并获得校级基金资助（例如正在进行的项目有：数控直流稳压电源（立项编号：KYCX110403Z）和基于压电传感器和个人计算机构成的体温信号实时监测系统（立项编号：KYCX110411Z）），同时在期刊上公开发表科技论文[7,8]。同时教学中采用“以竞赛促学习”的模式，在实训班之外成立兴趣小组，组织同学们参加挑战杯、全国和省级电子设计大赛、Xilinx OPENHW等相关比赛，调动学生的积极性，在比赛中培养学生的团队能力，增强同行业内的交流。通过一系列新型实践教学方法的运用，学生动手解决问题的能力大大加强，毕业学生的能力得到用人单位的认可和好评。

我们有针对性开发的微机接口技术教学实验平台，对实验内容的调整方便组装灵活，教师通过学术交流、互联网等手段快速了解相关技术动态后，可快速调整教学内容，指导学生开展创新行技术实践活动。接下来，准备在现有实验平台的基础上建立相关网络平台，加强课堂和课外联系，使微机原理和接口技术实验对广大学生真正做到完全开放。

第9篇

关键词：RS-485，分户热计量，SN75LBC184

参考文献:

[1] 胡汉才,单片机原理及接口技术[M]. 北京,航空工业出版社,1998:145-200.

[2] 杨文龙,单片机原理及用用[M].西安,西安电子科技大学出版社,2000：107-112

第10篇

［论文摘要］文章分析了电子信息工程专业单片机原理与接口技术课程教学的现状，认为提高设计性实验开设的质量是教学改革的重点，指出设计性实验开设中要注意理论与实验的衔接、验证性实验与设计性实验的衔接、课堂与课外的衔接，并不断完善适合设计性实验的评价体系，提高人才培养的质量。

电子信息工程专业作为实践性、应用性非常强的理工科专业，学生必须具备扎实的基础理论知识，具有较强的实验技能，今后才能顺利地从事电子设备和信息系统的维护和研发。要实现这个目标，必须十分重视相关课程的建设，搞好实验教学改革。而单片机原理与接口技术课程作为电子信息专业的一门专业主干课程，其应用性非常强，设计性实验开设质量对于学生今后就业、工作至关重要。

一、教学现状

单片机原理与接口技术课程是电子信息工程专业核心课程之一，理论的重要性不言而喻，但在实验教学方面大都还是停留在传统的实验模式上，离培养学生实践动手能力和创新精神还有差距。很多学生反映，课程学习下来理论基本掌握了，验证性实验也能顺利完成，但要真正完成一个实际项目时，却无从入手。出现这种现象原因是多方面的，笔者认为主要有：

1.教学模式方面的原因。传统教学方式中，教师主要注重于理论的完整性和知识结构的完备性。理论上从单片机的结构讲起，然后讲汇编指令和C语言编程，再讲硬件接口及相关的程序编写，最后讲一两个实例，课时也就差不多用完了，再想讲其他东西就没有时间了。实验也注重基本原理和基本方法的训练，为了让学生认识单片机的基本组成和基本指令，所开出的实验就占了大部分实验课时，最后只能做几个综合性实验或做一个简单的设计，这样就结束了整个课程的学习。

2.教师方面的原因。自从高校扩招以后，学生的数量剧增，而教师并没有同比例增长，教师承担的课时量太大，教学压力过重。具体到单片机原理与接口技术这类专业性和实验性都非常强的课程，存在着精力投入不够的问题。如果要改革实验教学的模式，以设计性实验为主的话，教师就要投入非常多的精力。

3.评价体系方面的原因。就评价体系而言，目前通行的仍然是以分数的高低来评价学生学习成绩的好坏。一般采用平时成绩、实验成绩、考试成绩各占总成绩的一定比例来得到学生课程的最后得分。对有些课程来说这种方法是比较科学的，但对单片机原理与接口技术课程，就会存在这些问题：学生成绩不低，但一旦面临实际问题时，无从入手，没有达到本课程的教学目标。

二、解决对策

为提高单片机原理与接口技术课程教学质量，培养学生解决实际问题的能力，笔者认为，提高设计性实验开设的质量是教学改革的重点，应该从以下几点来改革：

1.教学模式。提出和采用新的教学模式，实验开设要特别注重开出的设计性实验质量。新的教学模式主要包含理论教学和实验教学两个方面。在理论教学中，单片机的结构和基本指令讲解要精，应通过实例来将相关的知识串起来，力求通过具体实例的讲解达到以较少的理论课时就让学生真正掌握单片机的结构和指令的目的。在实验方面，则采用以开设设计性实验为主、验证性实验为辅的方法，并提高实验课的课时数。适量开设验证性实验，在课堂内只做1～2个，而将大部分实验内容放在课堂外，由学生通过开放实验室单独完成。增加较多的设计性实验，供学生选做，在教师精心指导下，让学生在课外准备，课内完成，切实提高学生的实战技能。

2.教师自身的定位。教师应自觉提高自身做项目的能力，并保证足够的精力投入到教学中去。教师要注重平时积累，一方面，要自己动手，精心制作好几个作品。另一方面，也可以通过提出选题，指导学生去做，将完成后的作品及文档全部存档。只要通过2～3年的积累，就可以形成难度、层次区分较为合理的项目选题库和作品库，既为后续班级的教学创建了良好的条件，对后续学生的实验起到示范和引领作用，又为今后的教学工作减轻了负担。要做好这些，就要求教师充分明确自身职责，牢固树立以教学为中心的观念，保证有足够的精力投入教学中。

3.评价体系。作为评价体系，要改变传统的基本是以分数论英雄的模式。单片机原理与接口技术课程如果只是掌握了一些理论知识而没有实战能力，分数再高都不能算是学好。作为对学生的评价，笔者认为一定确立以实践能力为主体的评价体系，通过对学生做的项目难易程度、项目完成的效果等验收情况来给出合适的评价。

三、设计性实验开设与评价体系建立中要注意的几个问题

想搞好单片机原理与接口技术课程建设，提高学生的实战能力，就要以设计性实验的开设为重点来进行整体设计。笔者认为需要特别注意抓好以下四个衔接：

1.理论与实验的衔接。理论教学是单片机原理与接口技术课程教学中必不可少的组成部分，但其开设方式不能采用传统的教学方法，而应设计出一种项目教学或称为专题讲授的形式来进行。首先，要讲透基础部分，笔者认为可以分成单片机的内部结构、单片机的指令系统、程序编写的基本思想、硬件接口构建等四个专题进行。其次，要针对课程特点，做好五个简单项目，如外部中断的使用、定时器中断的使用、并口的扩展、串口通信、AD和DA转换。最后，要对相关知识点全面整合，综合演练，实战2～3个较为复杂的综合性项目，进行原理图分析、算法设计和程序分析，并制作出作品进行演示。按这种思路设计，理论教学大致课时数为36～48个课时，实验课时数为24～36个课时。

据此分析，实验教学则应充分重视设计性实验的开设。与理论教学相对应，每讲完一个项目，就要依托该项目开设一个设计性实验，每个实验3～5个课时。通过简单的5个项目和较复杂的2～3个项目的训练后，学生能掌握单片机开发和设计与实物制作的基本方法和技能。当积累了2～3年后，有了很多已成功的项目可参照时，不同的学生就可以选做不同的设计性项目。在进行单片机原理与接口技术的课程设计时，则应要求学生在设计性实验的基础上进一步深化，将多个部分综合在一起设计制作一个更复杂、具有较完备功能的实际系统。这是一个由理论出发，通过基础实验、简单的设计性实验、复杂的设计性实验，最后完成复杂的课程设计过程，符合循序渐进的教学规律，实现了该课程理论与实践的完美结合。在此过程中，设计性实验的开设基本覆盖了单片机原理与接口技术课程的所有知识点，使学生牢固掌握基本理论，熟练掌握基本设计思路，综合应用基本设计方法，从而达到学以致用的根本目的。

2.验证性实验与设计性实验的衔接。验证性实验是指为验证已经学习过的理论知识所设置的实验；设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。验证性实验作为一种传统的教学方法，在现在的实验教学中也还有一定的作用，可为设计性实验的开设提供一些必要的基础。现在的验证性实验一般是在相应的实验箱上完成，通过开设1~2个验证性实验可让学生了解单片机的基本构成和基本工作原理，所以在开设设计性实验前开设验证性实验是非常必要的。同时，一些设计性实验的开设可在实验箱上对验证性实验进行改造而成，特别是对于开始的简单的设计性实验更是如此。比如一些验证性实验，所有的电路硬件在实验箱中是现成的，同时给出相应的实验程序范例，学生就可以在实验箱上进行验证，对所做实验的功能进行分析。教师只需要在理论教学时将程序流程图和涉及的算法讲述清楚，最后要求学生去编写程序，然后再进行功能验证即可。采用这么一种由验证性实验作为基础并进行改造的方法对于以基本原理的掌握为目标的简单的设计性实验具有很强的可操作性，有利于验证性实验到设计性实验的自然衔接。

3.课堂与课外的衔接。设计性实验开设要做好课堂与课外的衔接。因为设计性实验是要学生自行设计实验方案并加以实现的实验，所有的实验方案不可能仅在几个课时的实验课上完成，主要工作要在课外完成。一方面，实验方案的制订、原理图的设计、实物的制作等主要在课外完成，实验课中主要是在教师的指导下进行调试和测试。另一方面，设计性实验很难一次性成功，往往需要多次尝试、反复修正才行，这些必须在课外完成。要使设计性实验真正达到较好的效果，除了在理论教学中要注重和实验教学衔接外，课外的衔接尤其重要，要做好实验室开放，让学生在课外能够较方便地利用实验室的资源，也应鼓励学生采购一些比较简单的单片机开发工具，如简易开发版、烧录器等。

4.评价标准的再定位与评价体系建立的思路。验证性实验往往只涉及一门课程的一个章节或一个知识点的内容，学生通过验证性实验，可以使所学理论知识具体化和形象化，加深对所学知识的理解与掌握，培养基本动手能力。设计性实验突出它的自主设计性，可以是单一知识的运用，也可以是多知识点的综合运用，给出实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现，所以设计性实验带有试探性、研究性，在时间上也需要课内与课外相结合。

由于验证性实验与设计性开设的目标不同，所以最终的考核方式也不同。对于验证性实验，教师可以直接根据学生所做的实验报告评判其实验成绩。传统的做法是百分制。一般每个实验成绩包括三个部分：实验预习（20分）、实验操作（40分）、实验报告（40分）。使用传统的百分制，可以评价学生是否掌握了基本理论和设计方法。但设计性实验所涉及的知识点数量不同，综合运用的效果不同，设计方案是否得当，步骤是否简易可行，实验的成本、效率是否令人满意等等，都不能一概而论，因此需要结合各方面进行综合的评定。设计性实验的考核要贯穿这样一个原则：淡化结果，注重过程。对于设计性实验我们更重视学生在整个设计过程中的表现，而测定结果只作为考核的次要因素。学生在设计方案中是否有独到新颖的想法，整个实验思路逻辑是否清楚，实验过程是细节严密还是顾此失彼，结果是否可信等都是评定设计实验成绩的重要因素。考核中要充分鼓励和肯定学生在设计过程中所表现出的敢于挑战、主动学习、大胆创新的精神，以及由此带来的思维水平和实践水平的全面提高。

因此，设计性实验不宜采用传统的百分制，笔者认为，宜采用优、良、中、及格、不及格5个档次来进行评定。首先明确“优”和“及格”的标准，在“优”的标准下，适当下降一点作为“良”的标准，“及格”标准高一点作为“中”，达不到“及格”标准的就判定为“不及格”。比如，每一个项目都设定多个指标，完全达到指标并有所创新的评为“优”；完全达到指标而无创新的可评为“良”；实现主要指标可评为“中”；实现部分指标，能体现设计者掌握了基本相关基础知识则可评为“及格”；没有实现任何指标，或没有做的评定为“不及格”。这样就应在设定实验指标上着手，针对具体的实验进行不同的设定，才能比较准确地定性评价学生的实验能力，这一点仍需在实践中不断探索和改进。

四、结语

单片机原理与接口技术课程是电子信息工程专业至关重要的专业核心课程之一，必须更加重视设计性实验教学的改革，提高设计性实验开设的质量，做好理论与实验的衔接，验证性实验与设计性实验的衔接，课堂与课外的衔接，完善设计性实验的评价体系，才能培养出符合社会发展需要的高素质人才。

第11篇

一、教学现状

1.教学模式方面的原因。传统教学方式中，教师主要注重于理论的完整性和知识结构的完备性。理论上从单片机的结构讲起，然后讲汇编指令和c语言编程，再讲硬件接口及相关的程序编写，最后讲一两个实例，课时也就差不多用完了，再想讲其他东西就没有时间了。实验也注重基本原理和基本方法的训练，为了让学生认识单片机的基本组成和基本指令，所开出的实验就占了大部分实验课时，最后只能做几个综合性实验或做一个简单的设计，这样就结束了整个课程的学习。

二、解决对策

三、设计性实验开设与评价体系建立中要注意的几个问题

1.理论与实验的衔接。理论教学是单片机原理与接口技术课程教学中必不可少的组成部分，但其开设方式不能采用传统的教学方法，而应设计出一种项目教学或称为专题讲授的形式来进行。首先，要讲透基础部分，笔者认为可以分成单片机的内部结构、单片机的指令系统、程序编写的基本思想、硬件接口构建等四个专题进行。其次，要针对课程特点，做好五个简单项目，如外部中断的使用、定时器中断的使用、并口的扩展、串口通信、ad和da转换。最后，要对相关知识点全面整合，综合演练，实战2～3个较为复杂的综合性项目，进行原理图分析、算法设计和程序分析，并制作出作品进行演示。按这种思路设计，理论教学大致课时数为36～48个课时，实验课时数为24～36个课时。

四、结语

第12篇

一、教学现状

1.教学模式方面的原因。传统教学方式中，教师主要注重于理论的完整性和知识结构的完备性。理论上从单片机的结构讲起，然后讲汇编指令和c语言编程，再讲硬件接口及相关的程序编写，最后讲一两个实例，课时也就差不多用完了，再想讲其他东西就没有时间了。WWW.133229.cOm实验也注重基本原理和基本方法的训练，为了让学生认识单片机的基本组成和基本指令，所开出的实验就占了大部分实验课时，最后只能做几个综合性实验或做一个简单的设计，这样就结束了整个课程的学习。

二、解决对策

三、设计性实验开设与评价体系建立中要注意的几个问题

1.理论与实验的衔接。理论教学是单片机原理与接口技术课程教学中必不可少的组成部分，但其开设方式不能采用传统的教学方法，而应设计出一种项目教学或称为专题讲授的形式来进行。首先，要讲透基础部分，笔者认为可以分成单片机的内部结构、单片机的指令系统、程序编写的基本思想、硬件接口构建等四个专题进行。其次，要针对课程特点，做好五个简单项目，如外部中断的使用、定时器中断的使用、并口的扩展、串口通信、ad和da转换。最后，要对相关知识点全面整合，综合演练，实战2～3个较为复杂的综合性项目，进行原理图分析、算法设计和程序分析，并制作出作品进行演示。按这种思路设计，理论教学大致课时数为36～48个课时，实验课时数为24～36个课时。

四、结语

第13篇

参考文献：

[1]雷娟.浅谈对单片机教学的几点思考[J].成功（教育），2009（5）：215-216.

[2]王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究，2009，5（1）：86-87.

[3]张翼成，刘美，王涛.CDIO模式下“单片机原理及应用”课程教学改革[J].计算机教育，2012，23：022.

[4]谢楠.CDIO项目教学法在单片机课程中的应用[J].浙江水利水电专科学校学报，2013（1）：89-91.

[5]时军，王懿华.基于CDIO的“单片机原理及应用”教学改革与实践[J].中国电力教育，2010，35：029.

[6]王洪涛，何益宏.基于CDIO工程教育模式下《单片机原理及应用》课程教学研究[J].重庆文理学院学报（自然科学版），2011，5.

[7]史成芳，程荣龙.基于“案例驱动”的单片机教学方法研究[J].实验科学与技术，2010，8（006）：93-94.

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[5]刘艳玲.采用MAX232实现MCS-51单片机与PC机的通信[J].天津理工大学学报，1999，15(2)：57-61.

[6]徐速，李盛渝.单片机与PC机的串口通信[J].重庆工商大学学报：自然科学版，2005，22(4)：360-363.

[7]孙瑞杰，吴晓宇，张瑜，等.用VB实现PC机与MSP430单片机串行通信的研究[J].计量与测试技术，2009，36(11)：42-45.

[8]曾自强，王玉菡.用VC++实现单片机与PC机串口通信的三种方法[J].自动化与仪器仪表，2005(3)：60-63.

[9]牛永超，马孝义.基于CC1100的温室温湿度监测系统[J].农机化研究，2009(8)：90-92.

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[2]沈美明，温冬婵.IBM-PC汇编语言程序设计[M].北京：清华大学出版社，1994.

第14篇

摘要：本文针对我国高校本科计算机专业建设的现状，分析了CC2005中关于计算机硬件与结构方面知识需求与知识空间的构架，提出基于CC2005的计算机学科“硬件与结构”方向课程群的概念，并对该课程群的核心课程与选修课程提出组织与改革方法。

关键词：CC2005；硬件与结构；课程群

中图分类号：G642

文献标识码：B

1引言

目前，随着网络化和信息化的发展，计算机软件领域的课程，尤其是网络和网络应用类课程，越来越得到各个高校的重视，国内很多高校的计算机专业逐渐转变为“软件工程”和“计算机科学”方向，过分强调软件与应用，而缺乏计算机体系结构、计算机组成与结构等硬件方向的培养。但是，从就业市场反馈的信息看，计算机软件人才已经供大于求，而熟悉硬件开发应用或软硬件结合的人才则供不应求。市场的需求驱使我们深思，如何构建符合市场需求、有一定市场竞争优势的计算机人才培养模式。在CC2001和CC2005计算机本科教学参考计划的启迪下，在目前我校开展的教学内容课程体系改革实践中，结合2005年在武汉大学召开的“全国计算机学院院长和系主任会议”和华中科技大学召开的“计算机硬件与实验教学研讨会”以及2006年1月在哈尔滨工业大学召开的“首届全国计算机教育论坛”会议的有关精神，我们尝试性地提出了基于CC2005的计算机专业“平台＋模块”课程教学体系，并进行了课程群改革与建设，本文仅探讨该课程教学体系中“硬件与结构”课程群。

2课程群的组织

根据CC2005和CC2001的体系结构，计算机硬件与结构方向知识点包括的核心内容包括：数字逻辑、数据在机器中的表示、汇编级机器组织、存储组织与结构、人机交互、机器功能结构、多处理机技术等，而高性能系统、网络与分布式系统结构是选修内容。这些知识在CC2005中定义为：

AR1. Digital logic and digital systems [core]

AR2. Machine level representation of data [core]

AR3. Assembly level machine organization [core]

AR4. Memory system organization and architecture [core]

AR5. Interfacing and communication [core]

AR6. Functional organization [core]

AR7. Multiprocessing and alternative architectures [core]

AR8. Performance enhancements [elective]

AR9. Architecture for networks and distributed systems [elective]

在目前国内的普通高校本科“计算机科学与技术”专业中，上述这些“计算机硬件与结构”方向的核心和普通知识点一般体现在以下几门课程中：“数字逻辑(数字电子技术)”、“计算机组成原理”、“微机原理”、“微机接口技术”、“汇编语言”、“计算机系统结构”。在实际教学过程中，各门课程相互之间内容衔接较多，重复之处也比较多，各个学校一般是按照自己的教学大纲和计划对各门课程的内容进行划定，往往缺乏系统性和科学性。这些课程中普遍存在的一个问题是学生学习没有兴趣，教师上课缺乏激情的情况。很多高校在学生对教师的评价中，讲授此类课程的教师往往得分比较低。究其原因，是现有的课程和教材内容陈旧，远远落后于现代计算机硬件技术的发展；课程组织缺乏系统性，某些知识点在多门课程中反复出现；而某些知识点缺乏前导，造成断层。

对此，我们提出了以专业需求为基础的“平台＋模块”人才培养模式，以CC2005的五个知识层次中的核心内容构建学科平台，以不同的专业需求方向构建专业模块。下面重点讨论CC2005构架下的计算机学科“硬件与结构”课程群。此课程群包括：计算机组成原理、硬件知识和系统结构方面的课程，核心课程为“计算机组成原理与结构”、 “汇编语言与微机接口技术”，选修课程为“计算机系统结构”、“单片计算机应用技术”、“分布式系统结构”、“嵌入式系统”、“VLSI设计”等课程。从“平台＋模块”整体培养模式考虑，将“数字逻辑(数字电子技术)”归入“数字技术与模拟技术”课程群。

2.1核心课程

在新的“硬件与结构”课程群中，根据CC2005精神，将“微机原理”、“汇编语言”、“微机接口技术”、“计算机组成原理”四门课程系统地整合为“计算机组成原理与结构”、“汇编语言与微机接口技术”两门课程作为课程群内核心课程。新旧课程体系的逻辑关系如图1所示。

图1 新旧课程设置对应关系

“计算机组成原理与结构”课程重点介绍单处理器计算机的组成原理与结构体系，包括数据在机器中的表示、总线系统、设备接口、存储器组织与结构、指令系统、中央处理器(含运算器与控制器)、流水与并行处理等内容。其中重点是数据在机器中的表示、总线系统、存储器组织与结构、中央处理器等内容。

“汇编语言与微机接口技术”将汇编语言程序设计和微机接口技术融为一体。根据CC2005精神，本课程中先介绍微型计算机原理、汇编语言，在此基础上讲授汇编程序设计技术、微机接口技术(包括典型接口如并行、串行、定时、DMA、中断、A/D及D/A)以及新型的USB和IEEE1394接口技术。

2.2选修课程

根据CC2005精神，“硬件与结构”课程群还应该包括“计算机系统结构”、“单片计算机应用技术”、“网络与分布式系统”、“嵌入式系统”、“VLSI设计”等选修课程，整个课程群概貌如图2所示。在本课程群建设中，首先对于各门选修课程的内容与组织进行系统地规划，注意先导和后续，同时避免重复和脱节现象。在课程的教学中，采用灵活的教学方法和教学形式，包括小组讨论、专题报告、大作业、专业论文等形式，注重学生学习的主体作用，重点培养学生的创新性与自主学习能力。

2.3一体化的实验与课程设计改革

在“硬件与结构”课程群建设中，强调的是“实践教学”的重要性。在本课程群建设中，不是以单一的课程为单位设计实验，而是按照整个课程群来设计一体化的实验环境与实验内容，将汇编语言方向、微机接口方向、组成原理方向的实验有机地结合在一起，创建良好的实验环境，灵活运用实验室、开放式实验室、实习基地等多种手段，尽量多地为学生创造条件，同时通过实验课程、开放实验、大作业、课程设计、竞赛等多种手段和形式培养学生的研究能力与团队精神。

图2 “计算机硬件与结构”课程群概貌

3进一步的思考

课程群设置与专业培养计划的关系

课程群在构造和设置的时候，需要与整个专业人才培养计划相适应，构建基于CC2005“平台＋模块”的教学模式为课程群的教学改革奠定了基础，在新的课程群设置中，以学科方向和模块为核心，凝聚课程群的设置，同时将其与专业培养计划相适应。在设置课程群的时候，打破“系、专业”的限制，使不同专业的教师根据学科课程方向凝聚一起。

不同课程群之间的衔接关系

在“计算机硬件与结构”课程群建设的过程中，另外一个重要的问题是各个课程群之间的衔接关系。正是因为课程群的设置和建设关系到整个专业的培养计划，“计算机硬件与结构”的课程群在设置的时候，将计算机硬件方向另外一个专业基础课程“数字逻辑”(或“数字电子技术”)划入另外一个课程群“模拟与数字电子技术课程群”。因此不同的课程群在建设的时候，也需要注意课程群与课程群之间的衔接关系，考虑整个学科系统的有序、协调发展。

课程群内核心课程与选修课程之间的关系

“计算机硬件与结构”课程群在建设的时候，还必须注意内部核心课程“计算机组成原理与结构”、“汇编语言与微机接口技术”与其他选修课程群之间的内容衔接和侧重点，既要保证核心课程的课时与内容，也同时需要根据学科方向的发展，及时开设反映最新技术成果的选修课程，这样才可以培养符合社会需求的人才。

课程群内容的更新

如何根据计算机学科发展以及信息科技发展情况，及时、动态地调整课程群内核心课程、选修课程的设置，甚至每一门课程具体内容的设置，将是课程群建设的一个重要内容。

参考文献

第15篇

关键词：卓越工程师；创新实践；单片微机原理与接口技术

作者简介：孙冬梅（1975-），女，安徽合肥人，南京工业大学自动化与电气工程学院，副教授；张广明（1965-），男，江苏江都人，南京工业大学自动化与电气工程学院，教授。（江苏?南京?210009）

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）29-0047-03

“单片微机原理与接口技术”是工科院校自动控制、工业自动化、测控技术与仪器、电气技术、电力系统及其自动化、自动化仪表等自动化类专业学生必修的一门专业基础课，是一门理论性和实践性都很强的课程。目前在很多学校都进行与本课程相关的精品课程建设，但是也有一些学校由于师资力量缺乏等原因，授课点分散，没有进行合理的建设。

2010年，教育部启动“卓越工程师教育培养计划”。南京工业大学（以下简称“我校”）作为首批批准的高校之一，也展开了相应的工作。2011年教育部党组4月25日发出关于教育战线学习贯彻总书记在庆祝清华大学建校100周年大会上重要讲话精神的通知，向各高校提出了“全面提高高等教育质量”的要求，其中强调要强化实践教育环节，引导学生在投身实践中不断提高实践能力和创新能力。

为响应国家号召，适应学校应用型卓越工程师培养要求，本文以南京工业大学（以下简称“我校”）自动化与电气工程学院为例，介绍了以院级平台课程建设为形式，以整合并有效利用资源和培养高素质优质人才为目的的平台课程建设方案，努力构建一个开放的、以学生为中心的、基于卓越工程师培养的综合平台。

一、课程现状和建设思路

目前我院本科专业4个，“单片微机原理与接口技术”课程共6个授课班，授课教师6人。分散在4个专业，没有统一的课程体系平台和合理的授课团队，无法评价授课效果和培养质量。

实践表明，课程建设与专业建设密不可分。课程建设要以优势专业建设为依托。“单片微机原理与接口技术”是一门理论性和技术性强、逻辑严谨、动态与静态结合、实验技能要求高及内容丰富的专业课程，与测控技术与仪器专业关系紧密，能够体现专业特色。课程建设的同时，进行测控专业建设，能够优化配置教学资源，实现教学改革与人才培养质量相互促进。

本平台课程建设依托我校自动化学院测控专业，转换单纯的课堂教学为系统的整体课程体系建设，整合资源为课程教学提供完整解决方案。运用集体的智慧和力量，从多方面、多角度进行细致规划、设计。具体工作有：建立院级课程体系，以体现先进的教育思想；整理教学内容，具有科学性、先进性，能够充分反映单片微机领域最新的学术和科技成果；广泛吸收先进的教学经验，通过学生创新训练和学科竞赛与社会发展需要相结合；创新教学方法，适应素质教育要求；改进教学手段，广泛应用现代教育技术；使用并相继开发一套比较完善的、立体化的系列精品教材和教学案例；采用科学的考核方法；建成高水平的、结构合理的教师梯队和科学现代的平台课程管理体系；能满足学生自主化学习、个性化学习需求。

二、平台课程建设方案

1.以兄弟院校精品课程为基础，有目的地进行建设

（1）学内容。授课大纲统一，教材统一采用张义和编著的《例说51单片机》。授课和实验的内容全部统一，电子教案统一，实验和实训指导书统一，授课用多媒体课件统一，试卷由统一的试题库管理系统随机抽取。

（2）努力打造教学成果。利用本课程实验室设备指导学生参与课外实践活动（如开放实验室项目、大学生课外学生科技作品、挑战杯等）。积极发表教改论文，申请教改项目。

（3）建立校级网络教学平台，集中和展示课程的数字资源。主要分为“课程建设、理论教学、实践教学、试题习题、参考资料”5个资源模块，其中“课程建设”包括教学大纲、电子教案、教师队伍、改革与研究等资料；“理论教学”包括往年和最新的电子课件，部分教学录像；“实践教学”包括实验教程和课件、工具软件等；“试题习题”包括大量的练习和思考题、往年试题和参考答案；“参考资料”包括相关知识和技巧专题讲座、电子元器件技术资料和一些网络资源等。

2.以打造精品课程为目的的课程资源建设方案

课程资源包括授课课件、试题库、考试体系、教学录像、实验教程等多种形式。而课程网站是课程资源的载体和体现形式，是构建课程体系的重要组成部分。课程网站要精心准备和后期的不断维护。首先应包含所有教学资料，如教学大纲、教学计划、教材、课件、教案、习题、模拟试题、实习实训项目、参考文献、学习指南等。其次，对重点章节及其难点详加注释说明，满足网络课程需要。最后，配以适当的图片、视频资料，方便学生自学。

3.基于卓越工程师教育的青年教师教学能力培养

卓越计划实施方案尤其强调师资的建设工作，特别是对青年教师的培养与培训。其中，青年教师的实践能力、工程教育能力是实施卓越计划的关键。

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